高考物理一轮复习 专题三 牛顿运动定律课件.ppt

专题三牛顿运动定律 知识清单 方法一应用牛顿运动定律解决多过程问题1 多过程问题很多动力学问题中涉及的物体有两个或多个连续的运动过程 在物体不同的运动阶段 物体的运动情况和受力情况都发生了变化 这类问题称为牛顿运动定律中的多过程问题 2 类型多过程问题可根据涉及物体的多少分为单体多过程问题和多体多过程问题 例1如图甲所示 为一倾角 37 的足够长斜面 将一质量为m 1kg的物体无初速度在斜面上释放 同时施加一沿斜面向上的拉力 拉力随时间变化的关系图象如图乙所示 物体与斜面间的动摩擦因数 0 25 取g 10m s2 sin37 0 6 cos37 0 8 求 突破方法 1 2s末物体的速度 2 前16s内物体发生的位移解析 1 由分析可知物体在前2s内沿斜面向下做初速度为零的匀加速直线运动 由牛顿第二定律可得mgsin f1 mgcos ma1v1 a1t1 代入数据可得a1 2 5m s2 方向沿斜面向下v1 5m s 方向沿斜面向下 2 物体在前2s内发生的位移为x1 则x1 a1 5m 方向沿斜面向下当拉力为f2 4 5n时 由牛顿第二定律可得f2 mgcos mgsin ma2代入数据可得a2 0 5m s2 方向沿斜面向上物体经过t2时间速度减为0 则v1 a2t2得t2 10st2时间内发生的位移为x2 则x2 a2 25m 方向沿斜面向下 由于mgsin mgcos f2 mgcos mgsin 则物体在剩下4s时间内处于静止状态 故物体在前16s内发生的位移x x1 x2 30m 方向沿斜面向下 答案见解析1 1有一个冰上木箱的游戏节目 规则是 选手们从起点开始用力推箱一段时间后 放手让箱向前滑动 若箱最后停在桌上有效区域内 视为成功 若箱最后未停在桌上有效区域内就视为失败 其简化模型如图所示 ac是长度为l1 7m的水平冰面 选手们可将木箱放在a点 从a点开始用一恒定不变的水平推力推箱 bc为有效区域 已知bc长度l2 1m 木箱的质量m 50kg 木箱与冰面间的动摩擦因数 0 1 某选手作用在木箱上的水平推力f 200n 木箱沿ac做直线运动 若木箱可视为质点 g取10m s2 那么该选手要想游戏获得成功 试求 1 推力作用在木箱上时的加速度大小 2 推力作用在木箱上的时间满足什么条件 方法二传送带问题的分析技巧1 水平传送带问题设传送带的速度为v带 物体与传送带之间的动摩擦因数为 两轮之间的距离为l 物体置于传送带一端时的初速度为v0 1 v0 0 如图甲所示 物体刚置于传送带上时由于受摩擦力作用 将做a g的匀加速运动 假定物体从开始置于传送带上一直加速到离开传送带 则其离开传送带时的速度为v 显然 若v带 则物体在传送带上将先加速 后匀速运动 若v带 则物体在传送带上将一直加速运动 甲 2 v0 0 且v0与v带同向 如图乙所示 乙 v0v带 物体刚放到传送带上时将做加速度大小为a g的匀减速运动 假定物体一直减速到离开传送带 则其离开传送带时的速度为v 显然 若v带 则物体在传送带上将一直减速运动 若v0 v带 则物体在传送带上将先减速 后匀速运动 3 v0 0 且v0与v带反向 如图丙所示 丙此种情形下 物体刚放到传送带上时将做加速度大小为a g的匀减速运动 假定物体一直减速到离开传送带 则其离开传送带时的速度为v 显然 若v0 则物体将一直做匀减速运动直到从传送带的另一端离开传送带 若v0 则物体将不会从传送带的另一端离开 而是从进入端离开 其可能的运动情形有 先沿v0方向减速 再沿v0的反方向加速运动直至从进入端离开传送带 先沿v0方向减速 再沿v0的反方向加速 最后匀速运动直至从进入端离开传送带 例2水平传送带被广泛地应用于机场和火车站 如图所示为一水平传送带装置示意图 紧绷的传送带ab始终保持恒定的速率v 1m s运行 一质量为m 4kg的行李无初速度地放在a处 传 送带对行李的滑动摩擦力使行李开始做匀加速直线运动 随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动 设行李与传送带之间的动摩擦因数 0 1 a b间的距离l 2m g取10m s2 1 求行李刚开始运动时所受滑动摩擦力的大小与加速度的大小 2 求行李做匀加速直线运动的时间 3 如果提高传送带的运行速率 行李就能被较快地传送到b处 求行李从a处传送到b处的最短时间和传送带对应的最小运行速率 解题思路关键词 无初速度地放在a处 行李开始做匀加速直线运动 随后行李又以与传送带相等的速率做匀速直线运动 对行李受力分析 行李运动过程先匀加速后匀速直线运动 利用牛顿第二定律 运动学公式求解未知量 解析 1 行李所受滑动摩擦力大小ff mg 0 1 4 10n 4n 加速度大小a g 0 1 10m s2 1m s2 2 行李达到与传送带相同速率后不再加速 则v at1 得t1 s 1s 3 行李始终匀加速运行时 所需时间最短 加速度大小仍为a 1m s2 当行李到达右端时 有 2al 得vmin m s 2m s 所以传送带对应的最小运行速率为2m s 由vmin atmin得行李最短运行时间tmin s 2s 答案 1 4n1m s2 2 1s 3 2s2m s点评传送带问题通常涉及不同物体 不同参考系 相对运动 并有多个过程 是常规的动力学问题 综合性较强 但是规律性也很强 故学生应熟练掌握 2 倾斜传送带问题 1 物体和传送带一起匀速运动匀速运动说明物体处于平衡状态 则物体受到的静摩擦力和重力沿传送带方向的分力等大反向 即物体受到的静摩擦力的方向沿传送带向上 大小为mgsin 为传送带的倾角 2 物体和传送带一起加速运动 若物体和传送带一起向上加速运动 传送带的倾角为 则对物体有f mgsin ma 即物体受到的静摩擦力方向沿传送带向上 大小为f ma mgsin 若物体和传送带一起向下加速运动 传送带的倾角为 则静摩擦力的大小和方向决定于加速度a的大小 当a gsin 时 无静摩擦力 当a gsin 时 有mgsin f ma 即物体受到的静摩擦力方向沿传送带向下 大小为f ma mgsin 在这种情况下 重力沿传送带向下的分力不足以提供物体的加速度a 物体有相对于传送带向上的运动趋势 受到的静摩擦力沿传送带向下以弥补重力分力的不足 当a gsin 时 有mgsin f ma 即物体受到的静摩擦力的方向沿传送带向上 大小为f mgsin ma 此时重力沿传送带向下的分力提供物体沿传送带向下的加速度过剩 物体有相对于传送带向下的运动趋势 必受到沿传送带向上的摩擦力 例3如图所示 传送带与地面夹角 37 从a b长度为16m 传送带以10m s的速率逆时针转动 在传送带上端a无初速度地放一个质量为0 5kg的物体 它与传送带之间的动摩擦因数为0 5 求物体从a运动到b所需时间是多少 sin37 0 6 cos37 0 8 解析物体放在传送带上后 开始阶段 由于传送带的速度大于物体的速度 传送带给物体一个沿传送带向下的滑动摩擦力f 物体受力情况如图甲所示 物体由静止加速 由牛顿第二定律有mgsin mgcos ma1 得a1 10 0 6 0 5 0 8 m s2 10m s2 物体加速至与传送带速度相等需要的时间 t1 s 1s t1时间内物体的位移x a1 5m 由于 tan 物体在重力作用下将继续加速运动 物体速度大于传送带速度后 传送带给物体一沿传送带向上的滑动摩擦力f 此时物体受力情况如图乙所示 由牛顿第二定律有mgsin mgcos ma2 得a2 2m s2 甲 乙 设后一阶段物体滑至底端所用的时间为t2 由l x vt2 a2 解得t2 1s t2 11s 舍去 所以物体由a b的时间t t1 t2 2s 答案2s 方法三滑块 滑板模型问题分析方法1 模型特点涉及两个物体 并且物体间存在相对滑动 2 两种位移关系滑块由滑板的一端运动到另一端的过程中 若滑块和滑板同向运动 位移大小之差等于板长 反向运动时 位移大小之和等于板长 设板长为l 滑块位移大小为x1 滑板位移大小为x2同向运动时 l x1 x2反向运动时 l x1 x2 3 解题步骤例4如图所示 质量m 1kg的木块a静止在水平地面上 在木块的左端放置一个质量m 1kg的铁块b 大小可忽略 铁块与木块间的动摩擦因数 1 0 3 木块长l 1m 用f 5n的水平恒力作用在铁块上 g取10m s2 1 若水平地面光滑 计算说明两物块间是否发生相对滑动 2 若木块与水平地面间的动摩擦因数 2 0 1 求铁块运动到木块右端的时间 解析 1 a b之间的最大静摩擦力为fm 1mg 0 3 1 10n 3n假设a b之间不发生相对滑动 则对a b整体 f m m a对a fab ma解得 fab 2 5n因fab fm 故a b之间不发生相对滑动 2 对b f 1mg mab对a 1mg 2 m m g maa据题意有 xb xa lxa aat2xb abt2解得 t s答案 1 见解析 2 s4 1如图 可看做质点的小物块放在长木板正中间 已知长木板质量为m 4kg 长度为l 2m 小物块质量为m 1kg 长木板置于光滑水平地面上 两物体皆静止 现在用一大小为f的水平恒力作用于小物块上 发现只有当f超过2 5n时 才能让两物体间产生相对滑动 设两物体间的最大静摩擦力大小等于滑动摩擦力大小 重力加速度g 10m s2 试求 1 小物块和长木板间的动摩擦因数 2 若一开始力f就作用在长木板上 且f 12n 则小物块经过多长时间从长木板上掉下 答案 1 0 2 2 2s解析 1 设两物体间的最大静摩擦力大小为f 当f 2 5n作用于小物块时 对整体由牛顿第二定律有f m m a 对长木板 由牛顿第二定律f ma 由 可得f 2n小物